Die industrielle Automatisierung, die wir heute kennen, ist ein modernes Ergebnis einer größeren Bewegung, die schon seit Jahrzehnten Auswirkungen hat. Der Programmable Logic Controller (PLC) wurde 1968 als Ersatz für herkömmliche verkabelte Relay-Systeme entwickelt, die damals industriele Automatisierungssysteme steuerten. Die Flexibilität des PLC ermöglichte die Automatisierung typischer elektromechanischer Industrieprozesse, wie zum Beispiel die Steuerung von Maschinen an Fließbändern, in Vergnügungsparks und in Energieerzeugungseinrichtungen.
Steuerungsebene
Während die industrielle Automatisierungsbewegung weiter voranschreitet, suchen Techniker nach vielseitigen Methoden zum Hinzufügen von umfangreicheren Rechenfunktionen zu ihren Systemen, um ein intelligentes Verhalten innerhalb ihrer Entwürfe zu ermöglichen. Im Epizentrum des modernen PLC-Designs befindet sich die XMC 32-Bit MCU-Familie von Infineon. Diese skalierbare Familie bietet flexible digitale und analoge Peripheriegeräte für gemischte Signale und eine herausragende Echtzeitleistung in einem kostengünstigen Paket. Die XMC-Lösungen kombinieren einen 32-Bit-ARM-Kern mit fortschrittlichen Peripheriegeräten, die auf bestimmte Anwendungen ausgerichtet sind. Durch die Einbeziehung von eingebetteten State-of-the-Art-Flash-Prozessen und Halbleiterscheiben für große Datenmengen bietet Infineon Hochleistungsprodukte, während gleichzeitig die aggressiven Kostenziele des Kunden erreicht werden.
Techniker entwickeln jetzt Innovationen, die über das herkömmliche Steuerungssystem hinausgehen, indem sie sich auf das Erweitern der Kommunikationsoptionen innerhalb des Systems konzentrieren. Netzwerkprotokolle für höhere Geschwindigkeiten in kompakteren und einfachen Lösungen dringen bereits in Industrienetzwerke vor – Infineon bietet bereits die erste Flash-basierte MCU mit einem EtherCAT-Peripheriegerät an, um einfache Verbindungen mit einem EtherCAT-Netzwerk ohne ASICs oder externen Speicher zu ermöglichen. EtherCAT® sorgt für eine effiziente Nutzung von Ethernet-PHYs und -Kabeln für das Automatisieren von Anwendungen, wie zum Beispiel die Steuerung und Regulierung physischer Prozesse, in denen hohe Datenintegrität, Sicherheit und Synchronizität erforderlich sind. Das MCAN-Peripheriegerät in XMC-MCUs ermöglicht Verbindungen mit bis zu sechs CAN-Netzwerken. Der XMC4800 unterstützt EtherCAT, CAN, USB OTG, Ethernet, SPI, I2C, I2S, UART (z. B. RS232 & RS485) und LIN, sodass er perfekt für industrielle E/A und Steuerungen geeignet ist.
In der modernen industriellen Automatisierung, in der hohe Datenintegrität, Sicherheit und Synchronizität erforderlich sind, kann die Steuerung viele Formen annehmen.
Flexibilität innerhalb der Designsteuerung
Das Ermöglichen von Flexibilität innerhalb der Steuerung ist ein zentraler Aspekt des PLC-Designs. Das Verwenden von XMC1400, XMC4300 oder XMC4800 als Kern der verschiedenen E/A-Module ermöglicht die Wiederverwendung von Designs und Kommunalität zwischen Modulen. Die Möglichkeit, Code in einer konsistenten Architektur wiederzuverwenden, verkürzt die Entwicklungszeit und verbessert die Zuverlässigkeit.
Gleichzeitig möchten Designer aber so viel wie möglich steuern. „Infineon-Lösungen ermöglichen kompakte geschützte Leistungsschalter, die jetzt bis zu 8 einzeln gesteuerte Kanäle hosten. Sie wurden für induktive, kapazitive oder resistive Lasten entwickelt, damit sich Techniker keine Gedanken mehr über einen speziellen Lasttyp machen müssen. Resistiv funktioniert für Heizer, induktiv für Motoren und Transformatoren und kapazitiv für Anwendungen wie Blitzbirnen und Defibrillatoren. Unabhängig von der Anwendung verfügen viele dieser Lösungen über einen integrierten Schutz, damit das System Ausnahmesituationen wie Überladung, Kurzschluss, umgekehrte Polarität oder Erdungsverlust überstehen kann, die anderenfalls das Netzwerkdesign beeinträchtigen würden.” – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
Verwandte Teile: ITS42008-SB/D, ITS4200S-ME-O
Produktionsebene
Industrielle Automatisierungssysteme auf Produktionsebene verlassen sich auf Selbsterhaltung, Selbstanalyse und Interkommunikation. Qualitätssensorkomponenten sind auf Produktionsebene von zentraler Bedeutung, und die industrielle Automatisierung hat von der fortschreitenden Sensorrevolution deutlich profitiert. Halleffekt- und Winkelsensoren wie der TLI/TLV496x und der TLE5012B sowie 3D-Sensoren wie der TLV/TLI493D-x1B6 von Infineon ermöglichen eine präzise Drehmoment- und Geschwindigkeitssteuerung und stellen darüber hinaus allgemeine Standortinformationen bereit. Moderne Systeme verwenden immer häufiger DC-Motoren ohne Bürsten, da sie eine größere Leistungsfähigkeit, Zuverlässigkeit und Energiedichte bieten. Allerdings erschweren sie auch das Ermitteln der aktuellen Position, was für das Auswerten des Systemzustands, der Sicherheit und der effizientesten Steuerungsschemata von Bedeutung ist. Durch das Hinzufügen von Winkelsensoren zu Ihrer Lösung, besonders Sensoren mit Widerstand gegen magnetische Streufelder und solche mit integrierter Kalibrierung, wird die Integration weiterer Informationen in das Gesamtdesign vereinfacht, sodass eine höhere Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit erreicht werden.
„Herkömmliche analoge Messungen mit Potentiometer- oder optischen Lösungen haben eine eingeschränkte Lebenserwartung, größere Formfaktoren und sind darüber hinaus häufig teuer. Der TLV493D-A1B6 bietet eine kontaktlose Alternative mit hoher Leistung und niedrigen Kosten für Anwendungen, die präzise 3D-Messungen in Kombination mit geringem Energieverbrauch erfordern. Diese neue Serie mit magnetischen 3D-Sensoren misst zuverlässig dreidimensionale und lineare Bewegungen sowie Drehbewegungen entlang aller drei Achsen in einem kleinen Paket mit 6 Pins. Die Verwendung von 3D-Sensoren eröffnet außerdem Möglichkeiten zum Erkennen von Streubewegungen und Vibrationen, die mit der Zeit das System beschädigen können, was zur Wartung und zur Ausfallvermeidung beiträgt.“ – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
Die Motorsteuerungslösungen von Infineon erreichen mehr mit weniger Aufwand. Besonders mit der NovalithIC™-Familie können Techniker äußerst kompakte Motorsteuerungslösungen mit Hochleistungsfunktionen entwickeln. Mit integriertem Über-/Unterspannungsschutz, Übertemperatur- und Überstromschutz sowie der eingebetteten analogen Stromerfassungs- und Statusmarkierungsdiagnose bietet NovalithIC™ Hochstrom-Motorantriebsfunktionen in einem kleinen Paket – mit niedrigem Bahnwiderstand bis zu 6 mOhm und Hochstromfunktionen bis zu 68 A.
Verwandte Teile: NovalithIC™, IFX9201, TLV493D-A1B6
Die intelligenten NovalithIC™-Steuerungseingänge ermöglichen Mikrocontrollern das Optimieren des Motors für spezielle Anwendungen, während eine Überwachung auf mögliche Probleme stattfindet. Die Lösung bietet Leistung und Intelligenz – die Merkmale der modernen industriellen Automatisierung. Lösungen müssen mehr als hohe Leistung in einem kleinen Formfaktor bieten – Systeme müssen jetzt intelligent arbeiten. Zusammen mit NovalithIC™ bietet Infineon eine Serie mit intelligenten Leistungsmodulen an, die über Gate-Treiber-, Bootstrap- und Schalterkomponenten in einem einzigen Paket verfügen, das Kurzschluss-, Stromerfassungs- und Übertemperaturschutz bereitstellt. Diese Typen der Selbstdiagnoselösungen sind UL-zertifiziert und gehören zu den zentralen Komponenten der nächsten Welle der industriellen Automatisierungsinnovationen im Bereich Motorsteuerung und Leistungsschalter.
Vereinfachung ist beim Motorsystemdesign besonders wichtig, da so die Zuverlässigkeit erhöht und die Markteinführungszeiten verkürzt werden. Leistungsmodule (IPM) und iMotion™-Familien werden entwickelt, um Systemdesignern beim Verbessern der Systemleistung und Energieeffizienz durch Bereitstellen höherer Leistungsdichte, Systemstabilität und -zuverlässigkeit zu helfen. Das kompakte und flexible Bewertungssystem stellt eine skalierbare Designplattform für 3-Phasen-Motorantriebe im Bereich von 20 W bis 300 W bereit. Es umfasst Controller und Leiterplatten, die mit oder ohne Sensoren verfügbar sind. Mit diesem Kit können Sie ein voll funktionsfähiges Motorsystem in nur wenigen Schritten innerhalb einer Stunde entwickeln: Stecken Sie die Karten einfach in den PC, den Motor und das Netz und laden Sie die Software herunter, die Sie dann nur noch installieren und parametrisieren müssen.
Sicherheit und Schutz
Die Fortschritte in der industriellen Automatisierung haben sich derart schnell entwickelt und als so innovativ erwiesen, dass die entsprechenden Anwendungen jetzt viele Säulen der modernen Gesellschaft untermauern. Tatsächlich sind viele der Lösungen, die die moderne Gesellschaft „modern“ machen – von Herstellungs- und Energieerzeugungs- bis zu Reinigungs- und Filtrierungssystemen – nur aufgrund der Fortschritte in der industriellen Automatisierung in ihrer aktuellen Form vorhanden. Leider hat die Innovation dabei die Sicherheit überholt. Die industrielle Automatisierung ist untrennbar mit Anwendungen verknüpft, die früher stets isoliert waren und für die digitale Sicherheit keine Priorität war oder gar nicht erst stattfand. Sogar einfache Protokolle, etwa um sicherzustellen, dass das Standardpasswort auf Systemen geändert wird, sind in einigen Fällen nicht unbedingt vorhanden.
Wenn diese früher isolierten industriellen Automatisierungssysteme jetzt online gehen und Verbindungen eingehen, werden sie dadurch Gefahren ausgesetzt. In dieser sich schnell verändernden Umgebung werden Bedrohungen immer größer und gefährlicher. Die Stuxnet- und Flame-Viren sind Beispiele für hochentwickelte Angriffsprogramme, die ganze Systeme übernehmen können, und es gibt Hinweise darauf, dass dieser Malware-Typ in einigen Fällen von Regierungen gesponsert wird. Der Stuxnet-Virus war besonders effektiv – und schädigend – denn er konnte das PLC-System der Uran-Anreicherungseinrichtung in Natanz im Iran dermaßen sabotieren, dass er Zentrifugen zerstören konnte, während es sich vor den Technikern verbarg. Danach hat Stuxnet noch eine riesige Menge weiterer Systeme infiziert und so demonstriert, wie schwach die allgemeine Sicherheit in Industrieeinrichtungen ist.
Kürzlich haben Hersteller damit begonnen, Sicherheitslöcher zu stopfen. OPTIGA™ TRUST P von Infineon ist eine solche Lösung, die eine eindeutige Authentifizierung benötigt, um dafür zu sorgen, dass Nachrichten sicher sind und von einem bekannten Absender stammen, bevor Benutzer sie laden können. OPTIGA™-Lösungen stellen Mechanismen für sichere Updates bereit, um Änderungen durch böswilligen Code zu verhindern und um Speicherintegritätsprüfungen durchzuführen, damit Pufferüberlaufangriffe verhindert werden können, die es Hackern ermöglichen, andere Codebereich zu modifizieren. Da diese Lösungen gespeicherte Daten verschlüsseln können, sind Systemadministratoren in der Lage, vertrauliche Daten oder Konfigurationscode davor zu schützen, in die falschen Hände zu gelangen.
OPTIGA™ TPM von Infineon ist eine vielseitige Lösung, die Sicherheit auf allen Ebenen bietet.
Die industrielle Automatisierung gehört heute zu den am schnellsten wachsenden Elektronikbereichen, aber Innovationen in industriellen Automatisierungsanwendungen ist nicht Neues. Techniker entwickeln schon seit Jahrzehnten vielseitige industrielle Automatisierungslösungen. In letzter Zeit hat sich der Fokus von der einfachen Erstellung immer effektiverer Lösungen zur Entwicklung intelligenter Lösungen verschoben. Infineon stellt sich weiterhin den Herausforderungen des Verbesserns der industriellen Automatisierungsintelligenz im gesamten System mit Lösungen, die leistungsstark und kompakt, aber auch verbunden und sicher sind.
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